ZN485Q发动机建模和结构分析

邹惠萍

ZN485Q发动机建模和结构分析

邹惠萍

（苏州建设交通高等职业技术学校 汽车工程系，江苏 苏州 215105）

文章对ZN485Q柴油机缸体进行三维实体建模；然后将模型导入ANSYS中，选择材料及确定材料的弹性模量、泊松比、密度等基本参数，进行模型的网格划分；根据发动机工作时某一工况下缸体的受力状况添加载荷并对其进行强度分析。利用ANSYS中的Block Lanczos法提取前12阶自由模态，并分析了机体模态的规律，为发动机的结构优化提供了参考依据。

柴油机；缸体；有限元分析

前言

柴油机广泛地应用于大型的载货汽车，发动机工作的各种工况处于不断振动和磨损中，燃烧过程中产生的压力使气缸体容易挤压变形，温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦影响了气缸体外形和使用寿命。运用软件对发动机缸体强度进行校核和结构优化。

1 三维建模

ZN485Q柴油机具有很复杂的结构外形，各种凸台、轴承孔、冷却水套、加强筋、油道孔和各种隔板安置在发动机缸体的箱体上；简化机体不重要的部分，考虑到发动机在各工况下的工作情况，为了能够更加真实地反映缸体的受力情况。本次选取ZN485Q柴油机是直列、水冷、四冲程，缸径85，行程95，标定功率/转速，最大扭矩/转速123/1820·。确定发动机缸体的材料为HT250铸铁，材料属性为弹性模量=120=1.211，泊松比=0.25，密度=72003。得到如图1所示得模型。

2 计算载荷

为了模拟和反映真实的缸体工作状况，综合考虑第二缸做功时缸盖的螺栓预紧力、曲柄连杆组对缸壁的侧压力，气缸的爆发压力。其中活塞对气缸的侧压力主要是活塞本身对气缸壁的压力。

图1 发动机缸体有限元模型

图2 添加载荷

（1）缸体受力

假设在第二缸处于做功此时，气缸内最大爆发压力为10，活塞的曲轴转角处于8度。计算得柴油机缸体在第二缸爆发时各个缸缸内气压分别为0.0192, 10, 0.097,0.505。

（2）曲柄连杆机构受力

当活塞位于8度曲轴转角时，计算得=52534.8。

压缩行程也就是活塞的曲轴转角是188度时，计算得=509.4。

由计算公式得各个缸的侧压力分别为-554.6,2899.7, -1012.5,-680.7。将力转换为压强得：-0.043, 0.228, -0.079,-0.083。

（3）螺栓预紧力

485柴油发动机缸体的最大爆发压力为10，气缸体上表面一共有18个螺栓孔，每个缸是6个螺栓孔，通过计算结果得知每个螺栓的螺栓预紧力是1703.6。根据螺栓孔为15mm计算得=9.640。

在约束条件下，在第二缸做功行程时，发动机缸体承受压力得分析图，如图2所示。

3 分析结果

3.1 位移量

该工况下所受的力添加到缸体上后进行分析，得到X、Y、Z三个方向的位移之和，如图3所示，总位移量是0.446×10-4m。综合以上结果可以发现变形量很小，所以各缸所处工况条件下满足位移量的变化。

图3 各个方向的总位移

图4 Von Mises Stress

3.2 应力

该工况下所受的力添加到缸体上后进行分析各个方向上的应力如图4所示。应力强度图显示最大为105MPa最小为0.05MPa。都远远低于材料HT250 的屈服强度值为250MPa所以应力强度符合要求。

4 模态分析

ZN485Q的转速是2600r/min，也就是说每秒转44转，为有个点火顺序的存在，所以曲轴转两圈，发动机分别有两次有一个缸在做功，也就是振动一次。发动机的振动频率是88Hz。12阶模态固有频率结果如表1所示。

表1 12阶模态频率

从结果可以看出远远小于第7阶激振频率520.36Hz。如图5所示，从第7阶的振型可以看出，自由模态下缸体的下面部分比较薄弱。

[1] 杨志慧.汽车发动机机体有限元分析[D].武汉:武汉理工大学, 2007.

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Modeling and Structural Analysis of ZN485Q Engine

Zou Huiping

( Department of Automobile Engineering, Suzhou Construction higher Vocational and Technical School, Jiangsu Suzhou 215105 )

In this paper, three-dimensional solid modeling of ZN485Q diesel engine cylinder block is carried out, and then the model is imported into ANSYS to select the material and determine the basic parameters such as elastic modulus, Poisson's ratio, density, etc., and mesh the model. Strength analysis. The Block Lanczos method in Ansys is used to extract the first 12 free modes, and the rules of the airframe mode are analyzed, which provides a reference for the engine structure optimization.

Diesel engine; Cylinder block; Finite element analysis

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

U467

A

1671-7988(2019)18-127-02

邹惠萍，就职于苏州建设交通高等职业技术学校汽车工程系。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.042